1.5 Электромагнитные расходомеры.

Принцип действия электромагнитных расходомеров базируется на законе электромагнитной индукции, в соответствии с которым в электропроводной жидкости, пересекающей магнитное поле, индуци­-

б)

Рис. 1.10 Принцип действия электромагнитного расходомера.

руется ЭДС (электродвижущая сила), пропорциональная скорости дви­жения жидкости

Серийно выпускаемые современные электромагнитные расходоме­ры рассчитаны для измерения расхода жидкости с электропроводностью не менее 10^-3 См/м, что соответствует электропроводности водопровод ной воды. Производятся и специальные расходомеры, способные изме­рять расход жидкостей с электропроводностью до 10^-5 См/м.

На рис. 1.10 представлена принципиальная схема электромагнит­ного расходомера.

Корпус 1 преобразователя расхода выполняется из немагнитного ма­териала и покрывается изнутри электрической изоляцией 2 (резиной, фто­ропластом и т.д.), располагаемой по окружности трубы. Корпус пре­образователя располагается между полюсами магнита (на рис. 1.10,а это постоянный магнит). Через стенки трубы, электроизолированно от нее, по диаметру строго перпендикулярно оси магнита вводятся электроды 3, находящиеся в электрическом контакте с жидкостью.

По закону электромагнитной индукции, при осесимметричном про­филе скоростей в жидкости, между электродами 3 будет наводиться элект­родвижущая сила (ЭДС)

,

где В — индукция магнитного поля;

D — длина жидкостного проводника, равная расстоянию между электродами или диаметру измерительного уча­стка;

V — средняя скорость жидкости.

Учитывая, что средняя скорость потока связана с объемным расхо­дом соотношением

получаем

Из этого выражения следует, что индуцируемая ЭДС прямо пропорциональна измеряемому объемному расходу.

Измерение ЭДС осуществляется измерительным прибором (ИП) (рис. 1.10), к которому предъявляются жесткие требования по значению его входного сопротивления R_о . Для обеспечения малого влияния внут­реннего сопротивления преобразователя R_п необходимо соблюдение сле­дующего соотношения:

Применение постоянных магнитов в расходомерах данного типа по­зволяет уменьшить помехи от внешних электромагнитных полей, а также увеличить быстродействие приборов.

Основной сложностью использования расходомеров с постоянны­ми магнитами является поляризация электродов: концентрация у поло­жительного электрода отрицательных ионов, а у отрицательного — по­ложительных. В результате этого на границах электродов создается ЭДС поляризации, направленная против основной измеряемой ЭДС, что из­меняет во времени градуировочную характеристику прибора и ставит под вопрос стабильность его работы. Поэтому электромагнитные расхо­домеры с постоянным магнитным полем нельзя применять для жидко­стей с ионной проводимостью. В то же время, при измерении расходов расплавленных металлов, в которых отсутствует явление поляризации, в основном применяются электромагнитные расходомеры с постоянным магнитным полем. Характерная область применения таких расходоме­ров - ядерные энергетические установки (ЯЭУ) с жидкометаллическим теплоносителем. В таких установках преимущественно используются малогабаритные электромагнитные преобразователи, измеряющие фак­тически локальные скорости жидкого теплоносителя (расплавленного ме­талла). По измеренному профилю скоростей, по выходному измеренно­му сигналу, ЭДС вычисляется расход теплоносителя.

Для примера на рис. 1.10, б приведена принципиальная схема элек­тромагнитного преобразователя скорости с устанавливаемым внутри цилиндрическим магнитом. Основными элементами данного устрой­ства являются обтекаемый корпус 1, магнит цилиндрической формы 2 и преобразующие электроды 3. Электроды привариваются к внутрен­ней поверхности измерительного участка в диаметрально противопо­ложных точках, сигнал от которых выводится за корпус измерительно­го участка с помощью экранированного кабеля 4.

Для учета краевых эффектов, вызываемых неоднородностью маг­нитного поля и шунтирующим действием трубы, в уравнение (1.22) вводятся поправочные коэффициенты, в большинстве случаев близкие к единице.

Как при турбулентном, так и при ламинарном течении потока по­казания электромагнитного расходомера при одном и том же расходе и осесимметричном потоке будут одинаковы. Это основное преимуще­ство расходомеров электромагнитного типа по сравнению со всеми остальными. В случае нарушения осевой симметрии потока деформация поля скоростей оказывает паразитное влияние на показания электро­магнитных расходомеров.

К достоинствам электромагнитных расходомеров необходимо отне­сти независимость показаний от вязкости и плотности жидкости, расход которой регистрируется; возможность применения фактически в трубо­проводах любых диаметров; отсутствие падения давления на измеритель­ном участке; линейности измерительной шкалы; высокое быстродействие расходомеров с постоянным электромагнитом, возможность измерения рас­ходов агрессивных, а также с включением абразивных составляющих жид­костей; работоспособность при высоких давлениях потока (до 100 МПа); высокую точность (0,5 - 1,0%) и достаточно широкий диапазон измере­ний: 1:20 и даже 1:100.

К недостаткам электромагнитных расходомеров необходимо отнес­ти возможность отложения магнетита (при его присутствии в воде) на внутренней (изолированной) поверхности преобразователя расхода, что приводит к систематической погрешности в измерении расхода. Обычно изменение в точности измерения расхода происходит в сторону его зани­жения на 20-30% в течение межповерочного интервала.